Nowe badania pokazują, że neurony w rdzeniu kręgowym mają zdolność uczenia się i zatrzymywania informacji niezależnie od mózgu.
Rdzeń kręgowy jest często opisywany jako po prostu przewód do przesyłania sygnałów między mózgiem a ciałem. Jednakże rdzeń kręgowy może samodzielnie uczyć się i zapamiętywać ruchy.
Zespół naukowców z Centrum Badań Neuroelektronicznych we Flandrii (NERF) z siedzibą w Leuven szczegółowo opisał, w jaki sposób dwie różne populacje neuronowe umożliwiają rdzeniowi kręgowemu adaptację i zapamiętywanie wyuczonych zachowań w sposób całkowicie niezależny od mózgu. Te niezwykłe wyniki opublikowano w czasopiśmie Nauki, rzucając nowe światło na to, jak obwody kręgosłupa przyczyniają się do kontroli i automatyzacji ruchu. Pomysły te mogą mieć zastosowanie w rehabilitacji osób z urazami kręgosłupa.
Zagadkowa plastyczność rdzenia kręgowego
Rdzeń kręgowy moduluje i kontroluje nasze działania i ruchy, integrując różne źródła informacji zmysłowych i może to robić bez udziału mózgu. Co więcej, neurony w rdzeniu kręgowym mogą nauczyć się samodzielnego dostosowywania różnych zadań, jeśli będą wystarczająco powtarzane. Jednakże sposób, w jaki rdzeń kręgowy osiąga tę niezwykłą plastyczność, od dziesięcioleci zaskakuje neuronaukowców.
Jednym z tych neurobiologów jest profesor Aya Takeoka. Jej zespół w Neuroelectronics Research Flanders (NERF, instytut badawczy wspierany przez imec, KU Leuven i VIB) bada, w jaki sposób rdzeń kręgowy regeneruje się po urazach, badając, w jaki sposób połączenia nerwowe są połączone oraz jak funkcjonują i zmieniają się w miarę uczenia się. Nowe ruchy.
„Chociaż mamy dowody na „uczenie się” w rdzeniu kręgowym pochodzące z eksperymentów przeprowadzonych na początku XX wieku, pytanie, które neurony są w to zaangażowane i w jaki sposób kodują to doświadczenie uczenia się, pozostaje bez odpowiedzi” – mówi profesor Takeoka. .
Częścią problemu jest trudność w bezpośrednim pomiarze aktywności poszczególnych neuronów w rdzeniu kręgowym u zwierząt, które nie są poddane sedacji, ale są przytomne i poruszają się. Zespół Takeoki wykorzystał model, w którym zwierzęta ćwiczą określone ruchy w ciągu kilku minut. W ten sposób zespół odkrył specyficzny dla typu komórki mechanizm uczenia się rdzenia kręgowego.
Dwa specyficzne typy neuronów
Aby zbadać, w jaki sposób rdzeń kręgowy uczy się, doktorant Simon Lavaud i jego koledzy z laboratorium Takeoki zbudowali eksperymentalny układ do pomiaru zmian w lokomocji u myszy, inspirowany metodami stosowanymi w badaniach nad owadami. „Oceniliśmy udział sześciu różnych populacji neuronów i zidentyfikowaliśmy dwie populacje neuronów, jedną grzbietową i jedną brzuszną, które pośredniczą w uczeniu się motorycznym”.
„Te dwie grupy neuronów występują naprzemiennie” – wyjaśnia Lavaud. „Neurony grzbietowe pomagają rdzeniowi kręgowemu nauczyć się nowego ruchu, podczas gdy neurony brzuszne pomagają mu zapamiętać ruch i wykonać go później”.
„Można to porównać do sztafety w rdzeniu kręgowym. Neurony grzbietowe działają jak pierwszy biegacz, przekazując informacje sensoryczne ważne dla uczenia się. Następnie komórki brzuszne przejmują pałeczkę, zapewniając, że wyuczony ruch zostanie zapamiętany i płynnie wykonany .”
Uczenie się i pamięć poza mózgiem
Szczegółowe wyniki opublikowane w NaukiPokazuje, że aktywność neuronów w rdzeniu kręgowym przypomina różne klasyczne typy uczenia się i zapamiętywania. Odkrycie tych mechanizmów uczenia się będzie kluczowe, ponieważ prawdopodobnie przyczynią się one do różnych sposobów uczenia się i automatyzacji ruchu, a także mogą mieć znaczenie w kontekście rehabilitacji, mówi profesor Aya Takeoka: „Opisane przez nas obwody mogłyby zapewnić oznacza dla Rdzeń kręgowy bierze udział w uczeniu się ruchu i długotrwałej pamięci motorycznej, co pomaga nam się poruszać, nie tylko w normalnym zdrowiu, ale zwłaszcza podczas rekonwalescencji po urazach mózgu lub rdzenia kręgowego.
Odniesienie: „Dwie klasy neuronów hamujących regulują nabywanie i odzyskiwanie adaptacji sensomotorycznej kręgosłupa”, Simone Lavaud, Charlotte Bishara, Mattia Dandola, Shu Hao Yeh i Aya Takeoka, 11 kwietnia 2024 r., Nauki.
doi: 10.1126/science.adf6801
Badania (zespół) były wspierane przez Flanders Research Foundation (FWO), Akcję Marie Skłodowska-Curie (MSCA), Taiwan-KU Leuven Doctoral Fellowship (P1040) oraz Wings for Life Myeloid Research Foundation.
„Nieuleczalny student. Społeczny mediaholik. Niezależny czytelnik. Myśliciel. Alkoholowy ninja”.
More Stories
Nowe badania pokazują, że dinozaury nie były tak inteligentne, jak sądziliśmy
Chiny publikują wideo CGI przedstawiające bazę księżycową, które zawiera coś bardzo dziwnego
Nowe obserwatorium w Chile – najwyższe na świecie – ma na celu odkrycie pochodzenia planet, galaktyk i nie tylko